ASP模式的機械產品分布式協同設計的研究

摘要以鈑金展開設計系統為研究對象，研究了ASP的運行模式和分布式協同設計的相關理論 。 以 . NET平臺為開發環境，從系統基礎結構、相關使能技術等方面闡述了對鈑金展開設計系統的開發方法 。 該項目的研究將對CAD系統結構的進化起推進作用 。

1 概述

ASP(Application Service Provider) 是指在 Internet 上配置、租賃和管理商業應用軟件，為商業企業或單個顧客提供應用軟件服務的公司。用戶將與業務相關的應用委托給服務商，由它來保證這些業務的平滑運作，負責應用程序的建立、維護與升級，對應用系統進行管理等。目前，中國的 ASP 企業還處在初始階段，客戶類型和規模暫時以大客戶為主，主要提供域名注冊、主機托管、辦公自動化、客戶關系管理等服務，其中能夠提供 CAD ， PDM 等服務的大約僅占 5.88 ％，能針對企業所需提供技術服務的更少心。

分布式協同設計是指在不同地點的設計小組之間的協作，它涉及到協同工作環境、分布式數據庫管理和數據傳輸等一系列問題。分布式協同設計系統的主要任務是在網絡環境下將自己的設計過程展現給其他設計成員，各設計者可以針對該設計不時發表自己的意見和進行討論。

中小型企業在設計能力、軟件開發和 IT 技術人員等方面的資源都非常有限， ASP 模式的機械產品分布式協同設計的 CAD 對它們來說非常適用。企業或單個客戶以一種更簡單、更安全的方式展開業務，對 ASP 和 CAD 軟件應用開發來說無疑是一種更靈活、更進步的新模式。

2ASP 模式的分布式協同設計

2.1ASP 模式的特點

在 ASP 模式下，用戶只要以一定的網絡帶寬保證數據傳輸速度，支付相應的費用就可以開展各種業務。 ASP 模式的主要特點是：

(1) 所有服務都是通過網絡來執行。 ASP 模式的各種應用軟件都是基于 Web 的分布式應用。

(2)ASP 應用服務平臺具有針對性。它一般是根據企業客戶的需求，為完成某種特定的業務而設計的，并提供完成和設置這種業務的有利環境。

(3)ASP 模式的分布式協同設計平臺具有資源集成性。在該應用服務平臺上，用戶除了可以處理正常的業務需求外，還可以在用戶權限許可的范圍內，查找和利用與設計有關的信息資源，如行業產品信息、各種標準等。

(4)ASP 應根據客戶的需求對應用進行更新升級和維護，配置和擴展應用軟件，提供解決方案和培訓等。

2 ． 2 分布式協同設計的關鍵技術

分布式協同產品設計涉及到客戶、設計者、制造商和供應商等，從設計者和設計環境之間的交互中體現出來．設計可看作是一種活動，這種通過設計者和共享環境之間交互的活動就是協同設計過程。在分布式協同設計系統中，應恰當考慮和處理以下基本問題。

2 ． 2 ． 1 網絡工程數據庫

網絡數據庫是產品協同設計過程中信息存儲和交換的關鍵。實現 Web 服務器和數據庫服務器之間的連接以及網絡數據庫訪問通常有以下幾種方案： CGI ， ISAPI ， NSAPI ， ADO 及 Java 等。目前，應用 .NET 平臺開發的 Web 應用程序，訪問數據庫通常采用 ADO.NET 的方法，該方法簡化了數據庫操作，程序員可以通過程序進行數據的存取，減少了一些煩瑣的配置過程，同時提高了程序的運行效率。

2 ． 2 ． 2 沖突檢測及解決

在機械設計過程中，約束是需要處理的大量相互依賴和相互制約的關系。沖突是不同設計人員對同一對象的不同設計需求。協同設計就是協調約束、解決沖突的過程。圖 1 所示為機械產品協同設計的沖突解決流程。

圖 1  機械產品協同設計的沖突解決流程

沖突協調策略分為靜態協調和動態協調兩種。靜態協調是在沖突尚未發生之前，通過合理協調設計任務和共享信息，以減少或避免沖突發生。動態協調是當沖突產生之后，通過沖突檢測發現沖突，并由沖突協調工具解決沖突．若沖突仍不能得到有效調節時，則需要人工協調的方法解決沖突。另外，在 .NET 平臺中有安全與校驗控件和相關機制，可以將沖突控制在發生之前。

2 ． 2 ． 3 遠程操作技術

分布式協同設計中的遠程操作可采用下面的方式來實現： COM ／ DCOM ， CORBA ／ Java ／ JavaScript ， ASP ／ Script ， ASP.NET ／高級編程語言 (VB.NET ， VC++.NET 和 C# 等 ) 。其中，第 4 種方法是開發 Web 應用程序和 Web 服務的新方法和手段。對于 CAD ， CAM 等服務器應用軟件，可在程序中引用其封裝類庫，直接調用其類庫和接口函數，通過 ASP.NET 與 VB.NET 編程對服務器應用軟件遠程調用，達到應用程序共享的目的。

2 ． 2 ． 4 分布式協同方式和工具

分布式協同方式主要有 Email 、文字交談、語音交談、影像交流、共享白板和應用程序等。常用的協同工具軟件比較多，主要有 Microsoft Net Meeting ， Netscape Cool Talk 和 Web Phone 等。這些軟件都可以在 Internet 上進行遠程呼叫、語音交流和視頻功能。本文主要利用 Net Meeting 及其開發工具 RtcApiSdk ，用戶可在 Microsoft 網站上下載 API 函數和接口。

3 ASP 模式的應用實現

3 ． 1 系統功能

下面以基于 Web 的鈑金展開協同設計系統為對象來討論 ASP 模式的應用。鈑金展開協同設計是基于鈑金件特征展開的，即根據鈑金加工中常用的鈑金件特征，如三通管、彎頭和封頭等，利用參數進行展開設計，為鈑金工排樣、下料和加工提供技術依據。

ASP 服務過程實質上是信息的傳遞與處理過程?？蛻羰紫认? ASP 服務中心提出需求，該需求可以是鈑金件訂貨或生產信息，也可以是產品開發或其他服務。需求經過登錄、轉換后形成項目，進入項目管理。根據項目要求，服務中心檢索和調用相應資源，經過 ASP 服務中心完成相關需求處理。 ASP 模式的鈑金展開設計服務流程如圖 2 所示。

圖 2 ASP 模式鈑金展開設計服務流程

ASP 模式的鈑金展開協同設計系統的基本功能主要體現在鈑金展開設計、數據管理、沖突處理機制和協同方式 4 個方面 。

鈑金展開設計是系統最主要的服務 。 用戶提出需求， ASP 服務中心根據用戶請求返回相應的展開設計表單 (Web 頁面 ) ，用戶選擇設計對象，輸入相應參數并執行展開計算，最后系統利用計算結果繪圖，用戶可以下載展開數據和圖形文件 。

數據管理主要管理鈑金展開計算結果、圖形、客戶信息和其他資源等 。 用戶在請求鈑金展開設計服務時，系統要求用戶輸入其客戶信息以確定其使用和管理該系統的權限；同時要求用戶輸入展開計算的參數，展開計算后要產生大量的結果數據 。 所有這些數據信息都需要利用數據庫存儲和管理 。 如何有效地管理和利用這些數據信息是本系統是否可執 行的關鍵。

沖突處理主要是指在多用戶的情況下，如何有效地處理和協調各用戶使用該系統服務的問題 。 如在不同設計者對同一鈑金對象進行展開設計時，系統應該能很好地處理進行操作的過程中出現的沖突 問題。

協同方式是指在設計交流時為用戶之間交換信息提供同步和異步協同的各種工具，如 FTP ， Email 、電子 ( 音頻和視頻 ) 會議等，并記錄設計和交流過程中產生的數據，以達到項目文檔共享、網絡資源共享和協同設計的目的 。

此外， ASP 模式的鈑金遠程設計系統可考慮通過 Internet 和局域網實現異地協同制造和監控 。 因此，可以把設計結果轉換成數控代碼，發送給異地的 NC 機床，實現異地加工 。 同樣地，也可以接受生產現場送來的加工信息，遠程監控加工過程，及時解決加工中出現的問題 。

3 ． 2   系統結構

根據 ASP 模式的鈑金展開協同設計系統的服務過程和功能分析，本文提出如圖 3 所示的體系結構 。

圖 3 ASP 模式鈑金展開設計系統結構

ASP 模式的鈑金展開設計系統采用三層 B ／ S 結構，即客戶層／應用層／數據層 。 用戶在客戶端通過瀏覽器開展各種業務，在客戶端除安裝瀏覽器 (Internet   Explorer 或 Netscape) 軟件外，一般還要安裝相應的控件、插件、多媒體、文件傳輸和 Email 等軟件 。 大部分應用軟件和服務管理軟件安裝在 ASP 的 W eb 服務器上 。 數據層在 ASP 服務過程中存取和管理用戶操作的結果，包括計算數據和圖形數據等 。 同時，數據層也是 ASP 數據中心中各種資源和信息的集散地，以保證各種 ASP 服務順利、正確和暢通地執行 。 因此， ASP 應用層的 Web 服務器和數據層的數據庫服務器通常采用多臺服務器并行運行的方式 。

ASP 模式的鈑金展開系統采用基于 Internet ／ Intranet 的 HTTP 和 SOAP(Simple   Object   Access   Protoc01) 協議通信 。 SOAP 屬于服務調用協議，是 Web 服務體系中服務交互的基礎架構 。 SOAP 信息中的數據完全采用 XML 格式，各個處理結點都能容易地理解由 SOAP 消息傳達的語義信息，而且它能順利地解決防火墻問題 。

在產品協同設計過程中，必須進行數據的交換，因此在鈑金展開設計系統中采用數據總線方式通信 。 系統通過數據總線與外部進行通信，并通過它與其他應用系統連接，以實現更廣泛的系統應用 。

3 ． 3   系統設計實現

3 ． 3 ． 1   遠程鈑金展開設計系統

ASP 模式的鈑金展開應用系統架構于 .NET 平臺，是采用 VB .NET ， ASP .NET ， SQLServer2000 數據庫、 MDT6 的 ActiveX   Automation 、相關的插件、控件和視頻工具軟件等實現的 。 ASP 模式的鈑金展開設計系統運行界面如圖 4 所示 。

圖 4 ASP 模式鈑金展開協同設計

設計者首先要在系統的引導下注冊和登錄系統，然后向 ASP 服務中心提出鈑金件展開設計請求， ASP 服務中心返回圖 4 所示的鈑金設計主界面 。 設計者在選擇某一種鈑金設計對象后，系統提示輸入相應的展開設計參數，設計者就可以在系統的引導下完成鈑金件的展開計算、繪制展開圖和生成實體模型等操作 。 此外，設計者還可以存儲和處理鈑金件設計輸入／輸出參數和 CAD 圖形文件等 。

當設計者協同設計時，他們有共享、協同、注釋各種設計媒介的需求，設計者可用圖片、語音、文字、 CAD 實體模型和視頻來記錄和相互通信 。 在利用 Net   Meeting 組織協同設計時，設計人員通過遠程呼叫組織實時協同，當遠程應答及安全認證后，設計人員之間就可以進行協同設計 。

設計任務可以在系統工作流中劃分，并利用文件傳輸功能傳輸到各個被呼叫的設計者，各個設計者在自己的子任務中利用 ASP 提供的各種應用開始鈑金件的設計 。 通過視頻和音頻設備，可將多媒體信息實時傳遞給參與協同工作的各個設計者，如果沒有視頻和音頻設備，則只能接收其他設計者的多媒體信息，或者通過文本信息參與協同設計 。

此外，設計者通過共享自己的計算機屏幕或應用程序 ( 如 IE 等 ) ，使其他的設計者可以實時地看到自己的操作，也可以使用共享白板來同步表達設計者的各種設計意圖，還可以通過電子郵件子系統或設計留言等方式傳遞和表達設計意圖和經驗，這樣可大大提高在線設計效率 。

3 ． 3 ． 2   系統應用邏輯和數據訪問

系統表示層是基于 ASP .NET 和 .NET 框架設計和運行的，開發人員只需進行簡單的業務邏輯編程，而由 ASP .NET 基本結構負責通過 SOAP 傳遞服務 。 Web 表單是基于服務器端的動態頁面技術，服務器端根據客戶端請求和提交的信息，動態地生成與客戶端瀏覽器類型無關的通用 HTML 頁面 。

同時， Web 表單提供了一種將應用程序代碼和用戶界面內容分離的更加結構化的方法，使 ASP .NET 網頁能動態地編譯到受控類中以提高應用服務的性能 。 在數據層中，利用 ADO .NET 完成對數據庫的訪問 。 ADO .NET 包含了眾多的類，程序員通過使用這些類來獲得數據訪問服務 。 為了將數據庫連接和訪問分離， ADO .NET 使用 D ataSet 和 D ataProvider 對象對數據庫操作提供強有力的支持 。

ASP 模式的鈑金展開設計中，利用 SQL   Server 作為數據庫服務器，主要管理和存儲系統中的各種數據信息，包括用戶信息、鈑金設計輸入參數、輸出結果、展開工程圖檔、實體模型、常用標準信息、手冊資料、行業信息、客戶留言等 。 當用戶請求繪圖時，應用 ADO .NET 技術，使系統從數據庫中讀取鈑金展開計算參數和結果，通過 V B .NET 編程調用 MDT 的 ActiveX   Automation 庫函數和接口激活 ASP 服務中心服務器上的 MD T 軟件，分別繪制鈑金件的展開圖和三維實體模型 。 鈑金展開圖和三維實體模型以不同的文件格式保存在數據庫服務器中，通過系統數據總線與其他應用共享數據 。 用戶可以通過瀏覽器瀏覽鈑金展開圖和三維實體模型，同時也可以下載計算數據和圖形文件 。

3 ． 3 ． 3   沖突協調

ASP 模式的鈑金展開設計是基于 Web 的分布式設計系統，它不僅要保證單用戶的設計正確和流暢，同時也要保證多用戶使用的需要 。 一般單用戶的情況下，系統是穩定的，但是當多個設計者對同一對象提出不同需求時，就可能產生設計沖突 。

. NET 框架提供了安全與校驗控件和相關機制，數據庫定義中各個字段對應的記錄值也有相應的數據類型、范圍等限制，當用戶的輸入或操作不符合系統要求時，系統會自動捕捉到錯誤，并將正確的操作提示給用戶 。 同時，在系統數據管理方面也進行了全面的考慮，根據用戶登錄注冊使用系統的權限和類型，為用戶建立單獨的實例，因此系統提供相應的知識規則管理，約束每位用戶實例，使其操作的數據單獨存儲，相互之間互不影響 。 由于 .NET 框架支持高級語言的編譯和調試功能，因此對于系統可能沒有考慮到的動態沖突，可以利用 .NET 框架的 Exception 類提供的支持找到協調與解決方案 。

3 ． 3 ． 4   各種使能工具的應用

CAD 圖形文件一般不能被 Web 瀏覽器直接顯示和控制，但是可以利用相應的插件或將 CAD 文件轉換為瀏覽器可以識別的中性文件格式 。 使用插件主要是使瀏覽器能夠直接訪問 CAD 文件 。 Volo   View   Express 插件可使用戶利用瀏覽器觀察、縮放、旋轉、下載和打印 DWG ， DWF ， DXF 等圖形文件 。 此外，因為本系統調用 M D T6 自動化服務器實現實體造型，所以在瀏覽器中利用 Volo   View   Express 顯示 MDT 實體模型還必須在客戶端安裝 M DT 6 的對象使能器 。

Volo   View   Express 和 MDT6 對象使能器軟件都是免費軟件，在 Autodesk 公司的網站上提供下載 。

在不同 CAD 系統之間的數據交換是將 MDT 格式文件轉換為數據交換標準文件格式 。 在微機和工作站上用于數據交換的圖形文件標準主要有 DXF ， IGES 及 STEP 等 。 Autodesk 公司近來強調用二進制的 DWG 和網絡上的 DWF 格式作為它的數據傳輸標準，但二者的格式都不公開，因此很難為其他 CAD 系統所利用 。御云網站： www.bjmes.cn

在線協同工具是利用 Microsoft 的 Net   Meeting 工具 。 在 Microsoft 網站上用戶可以免費下載該軟件及其相應的開發包文件 (API 和幫助文件 ) 。 應用該軟件在局域網內進行遠程呼叫和語音交互，并與相應的 Web 控件一起在系統內最終實現共享白扳和應用程序、語音視頻交流、文字交談、文件傳輸和電子郵件等功能 。 圖 4 所示為利用該軟件的協同設計過程 。

4   總結

ASP 模式的機械產品分布式協同設計是一種新型的 CAD 模式，它為用戶和 CAD 開發商都找到了一種有效的需求和服務的方式 。 本文以鈑金展開設計為對象，運用 ASP 和分布式協同設計的相關理論，較詳細地敘述了該系統的設計過程和相關的使能技術．該系統的設計對于 CAD 技術的發展方向和建立區域性的分布式協同設計平臺都有一定的理論和實踐的參考價值 。